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摄像头需要主动冷却,为红外热像仪降低热噪声确保高性能


  来源: 麦姆斯咨询 时间:2022-01-12 编辑:清风
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如今,政府和私人安全机构为了减少犯罪或改善公共安全,越来越多的开始应用热像仪。各种监控摄像头和互联网协议(IP)安全摄像头在城市、酒店、商超、娱乐场所、体育场馆和其他商业及工业区随处可见。


搭载红外探测器的摄像头需要主动冷却,以最大限度地降低热噪声,改善图像分辨率


搭载红外探测器的热像仪通常用于改善夜间的设施和边界安全。近两年,为了管控新冠疫情(COVID-19)流行,热像仪已经作为一种必要的安全措施来筛查人员的体温。


根据市场研究机构MarketsandMarkets的报告数据,由于公共安全和安保关注度的提高、监控摄像头的日益普及和需求增长,全球视频监控市场规模预计将从2020年的455亿美元增长到2025年的746亿美元。


另有数据显示,2018年仅IP摄像头市场规模就超过了80亿美元,预计2019年~2025年期间将以14%的复合年增长率(CAGR)增长,到2025年全球产业出货量预计将超过1亿台。


此外,2019年全球红外相机市场规模超过了60亿美元,预计2020年~2026年期间将以7%的复合年增长率增长。


应用背景


监控摄像头应用了多种光电技术,所有这些技术都需要温度稳定以达到最佳的性能。数字安防摄像头通常采用两种主要类型的图像传感器:电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器。这两种图像传感器都采用复杂的2D光电探测器阵列(像素)将光子转换为电荷,然后将这些电荷放大和数字化,以创建数字图像。两者之间的区别在于如何以及在何处完成这一过程。


现在,很多安防摄像头都采用热成像技术进行夜间监测。类似普通相机利用可见光成像,这些相机利用红外辐射进行成像。可见光相机的敏感波段大约为400~700 nm,红外相机对1000 nm~14000 nm的波长敏感。而热成像相机则使用焦平面阵列来对更长的红外波长作出响应。


有些智能热像仪包括功能强大的视频处理器,能够处理和分析成像以实现更精确的检测。先进的视频处理技术还能够使热像仪具有更宽广的覆盖范围,使其能够在超过600米的距离检测人体大小的目标。热像仪大致可分为两种类型:制冷型和非制冷型。制冷型探测器,可以最大限度地提高探测性能和观察范围。


3D相机能够像人类的双眼一样感知场景深度,生成三维图像。有些3D相机使用两个或多个摄像头来记录多个视点,也有3D相机采用单个摄像头移动位置来完成拍摄。2D相机基于阴影数据探测、识别成像物体的外观及尺寸,而3D相机则包含深度信息或者说xyz三维坐标,利用三维坐标数据可以获得物体的体积和截面信息。


3D检测可以识别跟物体图案相近的微小缺陷,这用2D成像很难实现。随着3D相机技术的发展,应用也在不断扩展。现在,3D相机已经应用于机器人定位、自动化检测以及制造和测试应用的特征识别,现在它们正被引入体育场馆和娱乐场所,以改善用户体验。


热管理挑战


无论采用何种成像技术,在应用过程中,成像敏感元件的工作温度都必须保持在最高极限以下,以确保高质量成像。例如,监控热像仪利用红外探测器捕捉目标物体的辐射热,并将其转换为视觉图像。为了获得最高的图像质量,红外探测器必须冷却到零度以下,以最小化热噪声,热噪声会破坏或影响成像质量。被动冷却技术(如散热器和风扇)通常不足以冷却热像仪,因为它们一般无法冷却到环境温度以下。下一代热电冷却器可提供主动热管理解决方案,满足热像仪中光电器件所要求的尺寸限制和高温度等级。


工程师在设计热像仪时可能面临各种挑战,包括热噪声、尺寸限制、气流不足以及材料放气等。


温度低于露点的所有表面都需要外部保护,以防止在敏感元件上形成水汽。为避免材料放气,建议使用具有低放气特性的界面材料。(Ta:环境温度;Tc:冷侧控制温度不超过40°C;Qc:冷却要求,即从热电冷却器冷侧的装置或外壳中移除热能的速率,以瓦特为单位)


传统闭路监控和IP室外摄像头能够在高达50°C的温度下高效工作,但当温度超过该极限时性能会下降。而红外相机一般要求工作温度低于35°C。对于室外阳光暴晒下的监控摄像头,再加上紧凑设备中外围组件释放的热量,这些应用的工作温度可能高达90°C。

关键词:红外热像仪 红外探测器 摄像头    浏览量:676

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